專利名稱：寒冷天氣環(huán)境中降低風力渦輪機載荷的系統(tǒng)、裝置和方法
技術領域：
本文描述的主題大體涉及運行風力渦輪機，并且更具體而言，涉及在寒冷天氣環(huán)境中減小風力渦輪機上的結構載荷。
背景技術：
風力渦輪機站點包括一個或多個風力渦輪機，該一個或多個風力渦輪機利用風能來產(chǎn)生或生產(chǎn)電功率。已知的風力渦輪機包括控制系統(tǒng)，以用于以安全和高效的方式來運行風力渦輪機。諸如運行閾值的控制參數(shù)用來限定風力渦輪機的行為。例如，如果當前風速超過最大風速閾值，則風力渦輪機的控制器可停用風力渦輪機。停用風力渦輪機消除了來自風力渦輪機的所有功率生產(chǎn)量，直到風力渦輪機重新啟用為止。風場的高效運行需要最大程度地提高風力渦輪機在安全條件下運行的時間量， 同時避免在可能有害的條件(例如極端風速)下運行風力渦輪機，可能有害的條件可引起危險的結構載荷。但是，由于影響結構載荷的因素(例如環(huán)境空氣密度)在溫暖的運行環(huán)境和寒冷的運行環(huán)境之間的變化的原因，可能難以限定適于所有運行條件的單個運行閾值。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種用于控制風力渦輪機的運行的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括氣象傳感器和風力渦輪機控制器。氣象傳感器配置成以便傳遞指示氣象條件的氣象條件信號。風力渦輪機控制器配置成以便確定計算運行閾值，其至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和氣象條件。風力渦輪機控制器還配置成以便至少部分地基于計算運行閾值來控制風力渦輪機的運行。在另一方面，提供了一種用于控制風力渦輪機的運行的裝置。該裝置包括配置成以便存儲表示氣象條件的至少一個氣象參數(shù)的存儲器區(qū)域。該裝置還包括處理器，該處理器聯(lián)接到存儲器區(qū)域上，并且編程成以便至少部分地通過對氣象參數(shù)應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值。該裝置進一步包括風力渦輪機控制接口，該風力渦輪機控制接口配置成以便至少部分地基于計算運行閾值來控制風力渦輪機的運行。在又一方面，提供了一種用于控制風力渦輪機的方法。該方法包括從第一傳感器接收指示氣象條件的氣象條件信號。處理器至少部分地通過對氣象條件應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值。基于接收自第二傳感器的風力渦輪機條件信號所指示的風力渦輪機條件來產(chǎn)生運行參數(shù)。風力渦輪機條件表示風力渦輪機上的結構載荷。當運行參數(shù)超過計算運行閾值時，調(diào)節(jié)風力渦輪機的運行。


圖1是示例性風力渦輪機的透視圖。圖2是顯示了示例性風力渦輪機控制器的簡圖。圖3是描繪了用于基于環(huán)境空氣溫度來確定最大運行風速的示例性連續(xù)函數(shù)的曲線圖。
圖4是顯示了用于運行圖1所示的一個或多個風力渦輪機的示例性系統(tǒng)的簡圖。圖5是用于控制圖1所示的風力渦輪機的示例性方法的流程圖。部件列表 100風力渦輪機 102機艙
104塔架
106轉子
108轉子葉片
110旋轉輪轂
120風力渦輪機控制裝置
125傳感器
205風力渦輪機控制器 210存儲器區(qū)域 215處理器
220風力渦輪機控制接口
225傳感器接口
230通訊接口
300曲線圖
305第一線條
310第二線條
400系統(tǒng)
405風力渦輪機站點 410站點控制器 415通訊接口
420第一風力渦輪機控制器 425第一風力渦輪機 430第二風力渦輪機控制器 435第二風力渦輪機 440存儲器區(qū)域 445處理器 450傳感器接口 500方法
505接收第一氣象條件信號
510使用第一連續(xù)函數(shù)來計算第一運行閾值
515使用第二連續(xù)函數(shù)來計算第二運行閾值
520基于表示結構載荷的風力渦輪機條件來產(chǎn)生運行參數(shù)
525調(diào)節(jié)風力渦輪機的運行。
具體實施方式
本文描述的實施例有利于使用隨氣象條件(例如空氣溫度、空氣壓力和/或空氣密度)不斷變化的運行閾值來運行一個或多個風力渦輪機(例如在風力渦輪機站點中)。 運行閾值可包括但不限于運行風速閾值(也已知為最大運行風速)。在一個實施例中，通過對環(huán)境空氣溫度和/或環(huán)境空氣密度應用連續(xù)函數(shù)來計算最大運行風速。在當前風速超過計算最大運行風速時，停用風力渦輪機。這種實施例有利于最大程度地提高風力渦輪機的功率生產(chǎn)，同時避免使風力渦輪機暴露于可能有害的結構載荷。如本文所述，可基于一個或多個運行參數(shù)來控制風力渦輪機。運行參數(shù)指示和/ 或表示風力渦輪機的條件。風力渦輪機條件包括但不限于運行條件(例如轉子速度和/或功率輸出)和氣象條件。氣象條件可包括，例如，環(huán)境空氣溫度、環(huán)境空氣密度、濕度水平、 空氣壓力、風速和/或風向。一些風力渦輪機條件可直接或間接地指示和/或表示風力渦輪機上的結構載荷。例如，結構載荷可間接地由風速、轉子速度和/或功率輸出表示，但是構想了使用任何風力渦輪機條件來表示環(huán)境因素和/或結構載荷。風力渦輪機條件可編碼在電子信號中，或者可以以別的方式由電子信號傳送。在一些實施例中，傳感器傳遞傳達風力渦輪機條件的信號。接收來自傳感器的信號的裝置可配置成以便從該信號中獲得或提取風力渦輪機條件。在一些實施例中，諸如運行閾值的控制參數(shù)用來控制風力渦輪機。運行閾值可包括但不限于最大運行風速或最大轉子速度。例如，如果限定了最大運行風速，則可不斷地或定期地監(jiān)測當前風速。如果當前風速超過最大運行風速，則停用風力渦輪機，以防止或限制對風力渦輪機的損害。本文描述的方法、系統(tǒng)和設備的示例性技術效果包括下者中的至少一個(a)從第一傳感器接收指示氣象條件的氣象條件信號；(b)處理器至少部分地通過對氣象條件應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值；(c)基于接收自第二傳感器的風力渦輪機條件信號所指示的且表示風力渦輪機上的結構載荷的風力渦輪機條件來產(chǎn)生運行參數(shù)；以及，(d)當運行參數(shù)超過計算運行閾值時，調(diào)節(jié)風力渦輪機的運行。圖1是示例性風力渦輪機100的透視圖。風力渦輪機100包括機艙102，機艙102 容納發(fā)電機(在圖1中未顯示)。機艙102安裝在塔架104(在圖1中顯示了塔架104的僅一部分)上。塔架104可具有有利于如本文所述來運行風力渦輪機100的任何適當?shù)母叨?。在該示例性實施例中，風力渦輪機100還包括轉子106，轉子106包括聯(lián)接到旋轉輪轂 110上的三個轉子葉片108。備選地，風力渦輪機100可包括使得能夠如本文所述來運行風力渦輪機100的任何數(shù)量的轉子葉片108。在該示例性實施例中，風力渦輪機100包括齒輪箱(未顯示)，齒輪箱可旋轉地聯(lián)接到轉子106和發(fā)電機上。風力渦輪機100可包括一個或多個控制裝置120和/或傳感器125 (在圖2中顯示)。圖2是顯示了用于控制風力渦輪機100(在圖1中顯示)的運行的示例性風力渦輪機控制器205的簡圖。風力渦輪機控制器205定位在風力渦輪機100內(nèi)。例如，風力渦輪機控制器205可定位在機艙102上或內(nèi)，或者定位在塔架104上或內(nèi)。風力渦輪機控制器205包括存儲器區(qū)域210，存儲器區(qū)域210配置成以便存儲可執(zhí)行指令和/或表示和/或指示氣象條件的一個或多個氣象參數(shù)。氣象參數(shù)可表示和/或指示(并不限于)環(huán)境空氣溫度、環(huán)境空氣密度、濕度水平、空氣壓力、風速和/或風向。存儲器區(qū)域210可進一步配置成以便存儲基于一個或多個氣象條件來限定運行閾值的、可選地成一個或多個可執(zhí)行指令的形式的連續(xù)函數(shù)。風力渦輪機控制器205還包括處理器215，處理器215聯(lián)接到存儲器區(qū)域210上， 并且編程成以便至少部分地通過對該一個或多個氣象參數(shù)應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值。 例如，處理器215可編程成以便計算運行風速閾值，運行風速閾值也可稱為最大運行風速。 在一個實施例中，處理器215編程成以便至少部分地通過對指示環(huán)境空氣溫度和/或環(huán)境空氣密度的一個或多個運行參數(shù)應用連續(xù)函數(shù)來計算運行風速閾值。在一個備選實施例中，代替對運行風速閾值進行計算，風力渦輪機控制器205配置成以便接收來自遠程裝置的計算運行風速閾值(如下面參照圖4所述)。圖3是描繪了用于基于環(huán)境空氣溫度Γ來確定最大運行風速Kmax的示例性連續(xù)函數(shù)的曲線圖300。曲線圖300包括根據(jù)等式1而與Γ相關地描繪&ax的第一線條305。等式1是用于基于r (單位為攝氏度，° C)來確定rmax(單位為米每秒，m/s)的示例性連續(xù)函數(shù)。
權利要求
1.一種用于控制風力渦輪機(100)的運行的系統(tǒng)000)，所述系統(tǒng)包括 氣象傳感器(125)，配置成以便傳遞指示氣象條件的氣象條件信號；以及， 風力渦輪機控制器005)，配置成以便至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和所述氣象條件來確定計算運行閾值；以及， 至少部分地基于所述計算運行閾值來控制所述風力渦輪機的運行。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述氣象傳感器(12 是第一傳感器，所述系統(tǒng)進一步包括第二傳感器，配置成以便傳遞指示表示所述風力渦輪機(100)上的結構載荷的風力渦輪機條件的風力渦輪機條件信號，其中，所述風力渦輪機控制器(20 進一步配置成以便至少部分地基于所述計算運行閾值和所述風力渦輪機條件來控制所述風力渦輪機的運行。
3.根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)000)，其特征在于，所述第二傳感器配置成以便傳遞指示風速的風速信號，并且所述風力渦輪機控制器(20 進一步配置成以便至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和所述氣象條件信號所指示的氣象條件來確定運行風速閾值；以及，當所述風速大于所述運行風速閾值時，停用所述風力渦輪機(100)。
4.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述氣象傳感器(125)配置成以便傳遞指示環(huán)境空氣溫度的空氣溫度信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述風力渦輪機控制器(205)進一步配置成以便至少部分地通過對所述氣象條件應用連續(xù)函數(shù)來計算所述運行閾值。
6.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述風力渦輪機控制器(205)是進一步配置成以便基于所述氣象條件信號來產(chǎn)生氣象參數(shù)的第一風力渦輪機控制器，所述系統(tǒng)進一步包括站點控制器G10)，聯(lián)接成與所述第一風力渦輪機控制器(420)和第二風力渦輪機控制器(430)通訊，所述站點控制器配置成以便接收來自所述第一風力渦輪機控制器的氣象參數(shù)； 至少部分地通過對所述氣象參數(shù)應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值；以及， 將計算運行閾值傳遞給所述第一風力渦輪機控制器和所述第二風力渦輪機控制器， 其中，所述第一風力渦輪機控制器和所述第二風力渦輪機控制器配置成以便至少部分地基于傳遞的計算運行閾值來控制對應的風力渦輪機的運行。
7.根據(jù)權利要求6所述的系統(tǒng)000)，其特征在于，所述氣象參數(shù)是第一氣象參數(shù)，并且所述站點控制器(410)進一步配置成以便接收來自所述第二風力渦輪機控制器G30)的第二氣象參數(shù)；以及， 通過進一步對所述第二氣象參數(shù)應用所述連續(xù)函數(shù)來計算所述運行閾值。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)G00)，其特征在于，所述風力渦輪機控制器(205)是第一風力渦輪機控制器G20)，所述第一風力渦輪機控制器(420)聯(lián)接到所述氣象傳感器 (125)上，并且進一步配置成以便基于所述氣象條件信號所指示的氣象條件來傳遞第一氣象參數(shù)，所述系統(tǒng)進一步包括站點控制器G10)，聯(lián)接成與所述第一風力渦輪機控制器和第二風力渦輪機控制器(430)通訊，所述站點控制器配置成以便接收來自所述第一風力渦輪機控制器的所述第一氣象參數(shù)和來自所述第二風力渦輪機控制器的第二氣象參數(shù)；基于所述第一氣象參數(shù)和所述第二氣象參數(shù)來產(chǎn)生計算氣象參數(shù)；以及，將所述計算氣象參數(shù)傳遞給所述第一風力渦輪機控制器和所述第二風力渦輪機控制器，其中，所述第一風力渦輪機控制器和所述第二風力渦輪機控制器配置成以便通過對所述計算氣象參數(shù)應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值。
9.一種用于控制風力渦輪機(100)的運行的裝置(120)，所述裝置包括 存儲器區(qū)域010)，配置成以便存儲表示氣象條件的至少一個氣象參數(shù)；處理器015)，聯(lián)接到所述存儲器區(qū)域上，并且編程成以便至少部分地通過對所述氣象參數(shù)應用連續(xù)函數(shù)來計算運行閾值；以及，風力渦輪機控制接口 020)，配置成以便至少部分地基于所述計算運行閾值來控制風力渦輪機的運行。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置(120)，其特征在于，所述風力渦輪機控制接口(220) 包括通訊接口 030)，所述通訊接口(230)配置成以便通過將所述計算運行閾值傳遞給風力渦輪機控制器(20 來控制所述風力渦輪機的運行。
全文摘要
本發(fā)明涉及寒冷天氣環(huán)境中降低風力渦輪機載荷的系統(tǒng)、裝置和方法。提供了一種用于控制風力渦輪機(100)的運行的系統(tǒng)(400)。該系統(tǒng)包括配置成以便傳遞指示氣象條件的氣象條件信號的氣象傳感器(125)。風力渦輪機控制器(205)配置成以便至少部分地基于連續(xù)函數(shù)和氣象條件來確定計算運行閾值，并且至少部分地基于該計算運行閾值來控制風力渦輪機的運行。
文檔編號F03D7/04GK102192086SQ20111005152
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者奎恩特 J., 霍夫曼恩 T. 申請人:通用電氣公司